JPH027584A - ハイ・インピーダンス圧電トランスジューサ - Google Patents

ハイ・インピーダンス圧電トランスジューサ

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JPH027584A
JPH027584A JP1045557A JP4555789A JPH027584A JP H027584 A JPH027584 A JP H027584A JP 1045557 A JP1045557 A JP 1045557A JP 4555789 A JP4555789 A JP 4555789A JP H027584 A JPH027584 A JP H027584A
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JP
Japan
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piezoelectric element
main surface
capacitors
transducer
electrode
Prior art date
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Application number
JP1045557A
Other languages
English (en)
Inventor
Richard G Foster
リチャード・グレン・フォスター
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Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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Publication date
Application filed by Motorola Inc filed Critical Motorola Inc
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0625Annular array
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧電トランスジューサに関し、更に詳しくは
、複数の一部コンデンサを連結することによって高入力
インピーダンスをもたらしうる圧電トランスジューサに
関する。
(従来技術及び解決すべき課題) 従来型のバイモルフ音声レンジ圧電スピーカーは150
0H2の周波数における入力インピーダンスが100オ
ーム未満である。通常の70.7■の音声分配システム
は、それぞれ10ワツト〜0.5ワツトの電力レベルに
対応する50オーム〜10,000オームのインピーダ
ンスを持つスピーカーを受は入れるように設計されてい
る。したがって、前記音声分配システムに従来型の圧電
スピーカーを結合するために整合回路またはトラスフォ
ーマが必要であった。
本発明の目的は、高い入力インピーダンスを必要とする
音声分配システムに直接結合できるような高いインピー
ダンスを有する圧電トランスジューサを提供することで
ある。本発明の他の目的は20Vより高い持続電圧で動
作可能な圧電トランスジューサを提供することである。
(°実施例) 図面を参照しながら実施例について説明する。
異なる図における同−参照符丹は同一の部材を示す。第
1図は圧電素子12及び14を備える従来型のバイモル
フ・ドライバを示す。これらの素子の主表面は共に導電
電極を備える。素子12及び14の隣接電極はセンター
・ベイン (center  vane)によって結合し、このセ
ンター・ベインは米国特許 第4,078,160号に記載する導電性のウーブン・
メツシュ(woven  nestl)製が望ましい。
外側電極は励振電圧源の陽端子1Bに外部ワイヤで接続
し、前記電圧源の陰端子20はセンター・ベイン16に
接続し、これによって素子の内側電極に接続する。
第2図は、ドライバ10の等価回路の概略図でおる。コ
ンデンサ13及び15はそれぞれ素子12及び14のキ
ャパシタンスCを表す。図で明らかなように、コンデン
サ13及び15は並列に接続されており、2Gと等価の
回路総キャパシタンスを提供する。
第3図は、本発明に基づく一般的な円形圧電ドライバ2
2を示したもので、圧電素子24及び26を含む。素子
24の上部表面には中心部円形電極領域30があり、そ
の周囲には第5図に示すように間隙をおいて環状電極2
Bが市る。本明細書で用いる「環状」とはリング状電極
28のほか連続的中心電極30をも意味する。素子24
の下部表面には、電極30より直径が小さい中心部円形
電極領域32と電極28より幅の広い環状電極34があ
り、電極34は電極28と向かいあい、しかも電4% 
30の一部に重なる形になっている。
これらの向かい合う電極によってコンデンサC1、C2
、C3が決定され、これらは第4図の等価回路が示すよ
うに連結されている。
第3図に示すドライバ22の実施例では、素子26は素
子24と同じ電極パターンをもっている。
これらの素子は、隣接する表面が同じ電極パターンをも
つように配置されている。したがって素子26によって
連結コンデンサC4、C5、及びC6が決定され、それ
らはそれぞれC3、C2及びC]とキャパシタンスが等
しい。
素子24と26の間に隣接して配置されたセンター・ウ
ェハー36は、非導電リング38と間隙をおいて中心部
に位置する導電部40から成る。
導電部40には米国特許第4,078,160号に記載
されたような導電ウーブン・メツシュが適している。リ
ング3Bには、同じ種類のウーブン・メツシュの導電型
でないものが適している。導電部40は、電極32と電
極41の間の電気的接続を提供し、これによって第4図
に示すようにコンデンサC3とC4を接続する。
ドライバ22は、6つの連結するコンデンサがそれぞれ
C/3のキャパシタンスをもっているため、C/18に
相当するキャパシタンスを提供する。インピーダンスは
キャパシタンスと反比例するため、キャパシタンスがC
であるモノモルフ・ドライバのインピーダンスの18倍
、ざらにバイモルフ・ドライバ10のインピーダンスの
36倍である。したがって、本発明に基づく圧電トラン
スジューサは、従来型のバイモルフトランスジューサ及
びモノモルフトランスジューサに比べて高い入力インピ
ーダンスを提供できる。
コンデンサのプレートを定義する電極の間にある第3図
の矢印はポーリング(po I i nc[の極性、す
なわちこれを初期設定するのに必要な圧電素子領域に対
する初期電圧の印加極性を示す。
前記連結コンデンサのそれぞれの間で生じる交番電荷が
各圧電素子においてそれぞれ同じ種類の寸法変化に寄与
する力を誘発するように、ポーリングの交番極性が必要
とされる。もちろん、素子24における寸法変化は、ト
ランスジューサのフレクシャを高めるように素子26の
寸法変化と反対になる。
圧電素子の列に沿って−様なポーリングを維持するのが
望ましい場合には、共通電極を有しない分離したコンデ
ンサを各素子上に形成できる。−様なポーリング素子の
連結コンデンサのポーリングの極性に対して同じ極性の
キャパシタンス電荷を維持するためには、1つのコンデ
ンサの底部電極と隣接コンデン4)の上部電極とを相互
接続してコンデンサを鎖状に繋ぎ合わせるのに、外部ワ
イヤまたは素子内部の置型貫通接続経路が必要である。
−様なポーリング素子によっても同じ電気的性能を得ら
れるが、相互接続がより複雑になるという犠牲を払わね
ばならない。
第6図は大規模ビル内でページングに使用できるような
音声分配システムを示す。ビル内指令増幅器または音声
源42は通常、50002−ムなと1000オーム以上
のインピーダンスをもち、70ボルトなど比較的高電圧
の音声信号をもつオーディオ・ライン44を駆動する。
従来型の圧電励振スピーカー46はインピーダンスが通
常100オーム未満であり、A−デイオ・ライン44上
に存在する高い動作電圧に耐えられないため直接結合が
できない。トランスフl−748はスピーカー46のた
めに電圧を下げることによって、インピーダンス整合を
提供できる。
本発明に基づく圧電ドライバ22とダイアフラム52を
有するスピーカー50は、適合性のあるインピーダンス
をもち、前記音声分配システムで通常使用する高電圧で
動作できるため、ライン44と直接結合できる。第4図
を第2図と比べると、コンデンサ13及び15には総音
声電圧か印加されることが示されているのに対し、コン
デンサ01〜C6のそれぞれには検電圧のわずか1/6
が印加されることが示されている。したがって、本発明
は、整合回路またはトランスフォーマの必要性を排除し
ている。
本発明の特定実施例では、各圧電素子上に3つのコンデ
ンサを形成するように電極パターンを設計した。当業者
にとっては、本発明は、各種のインピーダンス・レベル
を達成するために素子当り2個以上のコンデンサを使用
できることが明白であろう。1つの素子について奇数の
コンデンVを選択すると、素子の中央に形成されるコン
デンサと、これに向かい合って中央に形成されるコンデ
ンサと内部接続できるという利点がある。したがって、
本発明では圧電素子当りN個のコンデンサを考えており
、この場合Nは1より大きい整数で奇数が望ましい。
前記2つの素子を用いて、素子上にコンデンサが連結さ
れているバイモルフ・ドライバを形成すると、より高い
インピーダンスと動作電圧を達成できる。・またコンデ
ンサは異なるキャパシタンスを有するように設計するこ
ともでき、環状以外の形状をとることもできる。もちろ
ん、圧電素子が1つのみの場合はモノモルフとして使用
できる。
本弁明の実施例については図面に示し記述しであるか、
本発明の範囲は上記の特i′F請求の範囲で定義する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来型のバイモルフ圧電ドライバの断面図を示
す。 第2図は第1図に示すドライバの等価回路のt[’!略
図である。 第3図は本発明に基づく圧電ドライバの実施例の断面図
である。 第4図は第3図に示したドライバの等価回路の概略図で
ある。 第5図は第3図に示すドライバの平面図である。 第6図は本発明に従って圧電トランスジューサを組み込
むハイ・インピーダンス音声分配システムの図である。 10・・・ドライバ 13・・・コンデンサ 15・・・コンデンサ 18・・・陽端子 20・・・陰端子 24・・・圧電素子 26・・・圧電素子 28・・・リング状電極 30・・・連続中心電極 32・・・中心部円形電極領域 34・・・環状電極 36・・・センター・ウェハー 38・・・非導電リング 40・・・導電部 41・・・電4か

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.第1の主表面と第2の主表面を有する第1の圧電素
    子; 第3の主表面と第4の主表面を有する第2の圧電素子; 前記第1の圧電素子及び第2の圧電素子の各々に少なく
    とも2つのコンデンサを形成して、各素子の各コンデン
    サのすべてを電気的に直列接続するコンデンサ形成手段
    ;並びに 直列接続コンデンサを含む等価電気回路を形成するよう
    、前記第1の圧電素子の前記コンデンサの1つを、前記
    第2の圧電素子の前記コンデンサの1つに接続する接続
    手段; から構成されることを特徴とするトランスジューサ。
  2. 2.前記のコンデンサ形成手段が、前記第1の圧電素子
    及び第2の圧電素子の前記主表面の各々の上にある少な
    くとも2つの分離した環状電極で構成される、 ことを特徴とする請求項1記載のトランスジューサ。
  3. 3.前記第2の主表面及び第3の主表面上の少なくとも
    1つの前記環状電極はそれぞれ、前記第1の主表面及び
    第4の主表面上にある2つの電極の一部に重なる、 ことを特徴とする請求項2記載のトランスジューサ。
  4. 4.前記第2の主表面上の前記1つの環状電極が前記第
    3の主表面上の前記1つの環状電極と向かい合って配置
    されており、 前記接続手段が前記第2の主表面と第3の主表面との間
    に隣接して配置されるウェハーから成り、該ウェハーは
    前記第2の主表面と第3の主表面上にある前記1つの電
    極の間の導電部を除いて非導電性であり、以て前記第1
    の圧電素子の前記1つのコンデンサと前記第2の圧電素
    子の前記1つのコンデンサとの間を直接接続する、 ことを特徴とする請求項3記載のトランスジューサ。
  5. 5.更に、当該トランスジューサに結合するダイアフラ
    ムを含むことを特徴とする請求項1記載のトランスジュ
    ーサ。
  6. 6.所定の音声電圧を生成する音声信号源;及び所定の
    電力対応定格を有し前記信号源に並列に接続された複数
    の圧電音声トランスジューサ;から成る音声分配システ
    ムであって、前記トランスジューサの各々が以下の手段
    から構成それるもの: 第1の主表面と第2の主表面を有する第1の圧電素子; 第3の主表面と第4の主表面を有する第2の圧電素子; 前記第1の圧電素子及び第2の圧電素子の各々に少なく
    とも2つのコンデンサを形成して、各素子の各コンデン
    サのすべてを電気的に直列接続するコンデンサ形成手段
    ;並びに 前記第1の圧電素子の前記コンデンサの1つを前記第2
    の圧電素子の前記コンデンサの1つに接続する手段であ
    って、当該トランスジューサへの電力が当該トランスジ
    ューサの前記所定の電力対応定格を越えないように制限
    するのに十分な入力インピーダンスを有する直列接続コ
    ンデンサを含む等価電気回路を形成する、ところの接続
    手段。
  7. 7.前記のコンデンサ形成手段が前記第1の圧電素子及
    び第2の圧電素子の前記主表面の各々の上にある少なく
    とも2つの分離した環状電極で構成される、 ことを特徴とする請求項6記載のシステム。
  8. 8.前記第2の主表面及び第3の主表面上の少なくとも
    1つの前記環状電極はそれぞれ、前記第1の主表面及び
    第4の主表面上にある2つの電極の一部に重なる、 ことを特徴とする請求項7記載の音声分配システム。
  9. 9.前記第2の主表面上の前記1つの環状電極が前記第
    3の主表面上の前記1つの環状電極と向かい合って配置
    されており、 前記接続手段が前記第2の主表面と第3の主表面との間
    に隣接して配置されるウェハーから成り、該ウェハーは
    前記第2の主表面と第3の主表面上にある前記1つの電
    極の間の導電部を除いて非導電性であり、以て前記第1
    の圧電素子の前記1つのコンデンサと前記第2の圧電素
    子の前記1つのコンデンサとの間を直接接続する、 ことを特徴とする請求項8記載の音声分配システム。
  10. 10.更に、各トランスジューサに結合したダイアフラ
    ムを含むことを特徴とする請求項6記載の音声分配シス
    テム。
  11. 11.第1の主表面と第2の主表面を有する第1の圧電
    素子;及び 該第1の圧電素子上に少なくとも2つのコンデンサを形
    成して、該素子上の前記コンデンサのすべてを電気的に
    直列接続するコンデンサ形成手段;から構成されること
    を特徴とするトランスジューサ。
  12. 12.前記形成手段が、前記第1の圧電素子の前記主表
    面の各々の上の少なくとも2つの分離した環状電極を含
    む、 ことを特徴とする請求項11記載のトランスジューサ。
  13. 13.前記第2の主表面上の少なくとも1つの環状電極
    が前記第1の主表面上の2つの電極の一部に重なる、 ことを特徴とする請求項12記載のトランスジューサ。
  14. 14.更に、当該トランスジューサに結合するダイアフ
    ラムを含むことを特徴とする請求項11記載のトランス
    ジューサ。
  15. 15.前記の形成手段が、前記圧電素子の各主表面上の
    少なくとも2つの分離した電極を含む、ことを特徴とす
    る請求項11記載のトランスジューサ。
JP1045557A 1988-02-29 1989-02-28 ハイ・インピーダンス圧電トランスジューサ Pending JPH027584A (ja)

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